آموزش کامسول (Comsol Multiphysics)

در انجام مدل سازی و شبیه سازی پدیده های فیزیکی روش ها و نرم افزار های گوناگونی وجود دارد. هدف از دوره آموزش کامسول (Comsol Multiphysics) تشریح و آموزش نحوه کار با این نرم‌افزار به منظور شبیه‌سازی مسائل متنوع فیزیکی است.

نرم افزار کامسول یک نرم افزار چندفیزیکی برای تجزیه و تحلیل مسایل مذکور با استفاده از شبیه سازی عددی است که قادر به حل معادلات دیفرانسیل جزِیی و بررسی کامل رفتار سیستم های خطی و غیر خطی به روش المان محدود در فضای هندسی و زمانی میباشد. این نرم افزار درسال 1986 توسط دانشجویان موسسه ی سلطنتی فناوری سوئد برای اولین بار توسعه یافت.

نرم‌افزار کامسول (COMSOL) یک نرم‌افزار چندفیزیکی (Multiphysics) است که  امکان شبیه‌سازی، آنالیز و حل گستره وسیعی از پدیده‌های الکتریکی، سیالاتی،شیمیایی، صوتی، سازه‌ای و…را فراهم می سازد.

به صورت کلی نرم‌افزار کامسول امکان انجام سه مرحله اساسی در هر شبیه سازی شامل پیش پردازش، پردازش و پس پردازش (استخراج نتایج) را در یک محیط کاری بسیار کاربرپسند وساده برای فراگیری و کار فراهم می سازد که به یکی از نقاط قوت این نرم‌افزار در مقایسه با نرم افزارهای مشابه تبدیل کرده است.

همانطور که ذکر شد این نرم‌افزار بصورت کامل قابلیت انجام مرحله پیش پردازش از یک حل عددی را داراست که این مرحله شامل ایجاد هندسه و شبکه نیز می باشد و سازندگان برای انجام این مرحله مهم از حل عددی تعداد زیادی از گزینه‌های کاربردی را در اختیار کاربران گذاشته اند.

برخی از ماژول های کامسول (Comsol Multiphysics) :

• Material Library (کتابخانه مواد)
• AC/DC Module (جریان AC/DC)
• Acoustics Module (آکوستیک)
• CAD Import Module (فراخوانی مدل های CAD)
• Chemical Engineering Module ( مهندسی شیمی)
• Earth Science Module (زمینشناسی)
• Heat Transfer Module (انتقال حرارت)
• MEMS Module (ماژول ممز)
• Structural Mechanics Module (مکانیک ساخت و طراحی)
• Reaction Engineering Lab (مهندسی واکنش)

قابلیت ها و امکانات ماژول های قدرتمند کامسول (Comsol Multiphysics)

• ماژول پردازش فلز
• ماژول جریان متخلخل رسانه ای
• پشتیبانی گسترده از موازی سازی حافظه مشترک: مش بندی، مونتاژ، پیش شرط ها، چند شبکه، محصول ماتریس-ماتریس پراکنده
• روش حداقل مربعات گالرکین (GLS) برای ساده سازی انتشار
• پشتیبانی از محدودیت های نقطه ای غیر ایده آل
• هسته داخلی مدل سازی جامد بهبود یافته است
• مش چهارگانه رایگان در 2D و در چهره های 3D
• مش بندی لایه مرزی
• کپی کردن مشها از یک مرز به مرز دیگر
• متغیرهای فاصله مرزی
• واحدهای اضافی (additional Units)
• شرایط مرزی بهبود یافته و سازمان یافته برای مدل سازی جریان سیال
• نقشه های موجی و Grayprint Color maps
• وجود ابزارهای محاسبه حجم، مساحت، مرکز ثقل، لحظه اینرسی و غیره
• پشتیبانی از نرم افزار MATLAB

کتابخانه مواد

• ویژگی جستجو در کتابخانه مواد
• وجود بیشمار مواد گوناگون
• خواص موادها و پارامترهای مربوط به خواص مواد

ماژول AC / DC

• پشتیبانی از روابط عمومی سازنده: B)H) و (H(B
• پشتیبانی از شبیه سازی های مخلوط AC/DC (تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک)
• وارد کردن SPICE مستقیماً از رابط کاربری COMSOL Multiphysics
• تقارن و بهبود شرایط مرزی دوره ای
• SOR سنج انعطاف پذیر برای حل مشکلات مغناطیسی

ماژول صوتی

• فرمولاسیون واریانس (Ultraweak (UWVF برای صوت فشار
• مدل سازی پیزوالکتریک
• پایگاه داده خصوصیات مواد پیزوالکتریک

ماژول CAD Improt (وارد کردن فایل های هندسی)

• امکان ذخیره نقشه های CAD تعمیر شده و دارای شکست در قالب Parasolid
•  موتور Parasolid و کارامدی قدرتمند آن

ماژول مهندسی شیمی

• حالت کاربرد Bubbly Flow برای مدل سازی ماکروسکوپی مخلوط حباب های مایع و گاز
• حالت کاربرد مدل میکسر برای مدل سازی ماکروسکوپی مخلوط مایعات و ذرات جامد/حباب های مایع/قطرات
• شرایط مرزی بهبود یافته و سازمان یافته برای مدل سازی جریان سیال
• لایه مرزی مش بندی
• روش حداقل مربعات گالرکین (GLS) برای ساده سازی انتشار
• عملکرد و مقاومت بهتر برای مدل سازی جریان سیال
• ورودی های چند فیزیکی از پیش تعریف شده برای جریان با تراکم متغیر
• ورودی های چند فیزیکی از پیش تعریف شده برای تعامل گرمایی مایع و جامد/انتقال گرما بصورت مزدوج
• جوشاندن مایع با استفاده از حالت تنظیم جریان برنامه کاربردی جریان دو فاز
• پر کردن مویرگی با استفاده از حالت برنامه تنظیم جریان دو فاز تنظیم سطح
• انتقال موج آنالیت در ستون کروماتوگرافی
• جریان دو فاز تعلیقی متراکم با استفاده از حالت کاربرد مدل مخلوط جدید
• استفاده از اثرات الکتروفورتیک برای تزریق نمونه در شیر
• رسوب در یک صاف کننده ثانویه برای تصفیه آب با استفاده از حالت کاربرد مدل مخلوط جدید
• جریان مایع همراه با توازن های حرارتی و مواد با واکنش های شیمیایی با استفاده از حالت های کاربرد جدید برای جریان با تراکم متغیر

ماژول علوم مربوط به زمین

• امکان خروجی گرفتن از آزمایشگاه مهندسی واکنشی کامسول
• وجود شرایط مرزی بهبود یافته و سازمان یافته برای مدل سازی جریان سیال
• وجود روش حداقل مربعات گالرکین (GLS) برای ساده سازی انتشار

ماژول انتقال حرارت

• تابش متقارن محوری
• ورودی های چند فیزیکی از پیش تعریف شده برای جریان با تراکم متغیر
• ورودی های چند فیزیکی از پیش تعریف شده برای تعامل گرمایی مایع و جامد/انتقال گرمای مزدوج
• روش حداقل مربعات گالرکین (GLS) برای ساده سازی انتشار
• ویژگی تابش سطح به سطح برای تقارن محور

ماژول MEMS

• حالت کاربرد پیزوالکتریک بهبود یافته که با حالت های کاربردی برای الکترواستاتیک و جریان های الکتریکی سازگار است و در آن می توانید مدل مواد ساختاری (پیزو-ایزوتروپیک/ ناهمسانگرد/خاموش) و قسمت الکتریکی (روشن/خاموش) را تغییر دهید
• پایگاه داده خصوصیات مواد پیزوالکتریک
• حالت کاربردی همرفت و انتشار
• تماس با بهبودهای قابلیت استفاده (انتخاب خودکار عوامل مجازات)
• خروجی از آزمایشگاه واکنشهای مهندسی COMSOL
• حالت برنامه میرایی فیلم با مرز میرایی فیلم کشویی
• شرایط مرزی بهبود یافته و سازمان یافته برای مدل سازی جریان سیال
• محاسبه عملکرد ژیروسکوپ تحت تأثیر میرایی

ماژول RF

• قابلیت پردازش سریع میدانی
• وجود پورت های یکپارچه برای امواج EM
• وجود تقارن و بهبود شرایط مرزی دوره ای
• محاسبه امپدانس میکرواستریپ با استفاده از دو خاتمه متفاوت با شرایط جدید پورت برآمدگی
• تجزیه و تحلیل SAR از تابش ناشی از تلفن همراه

ماژول سازه های ساختاری

• نیروهای پیرو
•  قابلیت تغییر مدل مواد ساختاری (پیزو /ایزوتروپیک/ناهمسانگرد/خاموش) و قسمت الکتریکی (روشن/خاموش)
• پایگاه داده خصوصیات مواد پیزوالکتریک
• ابزارهای مبتنی بر اسکریپت برای تجزیه و تحلیل خستگی
• ویژگی تجزیه و تحلیل خستگی در تجزیه و تحلیل استوانه ای
• تحلیل خاک رس زیر بار با استفاده از شرایط تنشی Mohr-Columb
• تجزیه و تحلیل خستگی در ساختار پوسته با برش مربع شکل
• مدل پیزوالکتریک، ساختاری و صوتی مبدل با استفاده از حالت کاربرد جدید تقارن محوری Piezo
• تأثیر بر فرکانس تشدید یک گاز جذب شده در یک سنسور SAW با استفاده از حالت کاربرد جدید Piezo Plane Strain
• مدل معیار ویژگی جدید تجزیه و تحلیل خستگی؛ تجزیه و تحلیل یک شفت با دو شعاع مختلف
• تجزیه و تحلیل ساختاری و خستگی لبه چرخ سبک

آزمایشگاه مهندسی واکنش ها (Reaction Engineering Lab)

• برآورد پارامتر برای مدل های ساختاری از داده های تجربی
• خروجی مدل ها به ماژول علوم زمین و ماژول MEMS
• قابلیت تجزیه حرارتی متان در یک بستر کاتالیزوری
• بررسی ترک خوردگی کاتالیستی مواد اولیه تقطیر فلش شده در یک راکتور Plug-flow
• مطالعه مکانیسم واکنش برای هیدروژناسیون کاتالیستی آلدئیدها
• ابزار برآورد پارامتر مورد استفاده در مجموعه های مختلف داده: برای واکنش کاتالیز شده آنزیم ها
• قابلیت تجزیه و تحلیل داده های سینتیک برای جذب CO در آب
• قابلیت مکانیسم تخریب و انتقال Aldicarb در خاک
• قابلیت برآورد پارامتر فرآیند راکتور دسته ای برای تجزیه پراکسید
• مکانیزم برای واکنش سطح و انتقال در یک میکرو راکتور

و بیشمار قابلیت هایی که روز روز با بروزرسانی و بهبود نرم افزار کامسول (Comsol Multiphysics) به آن ها اضافه میشود.

در ابتدای دوره آموزش نرم افزار کامسول (Comsol) کلیات مربوط به محیط کاری نرم‌افزار برای انجام مراحل تولید هندسه و شبکه که اساس انجام هر تحلیل فیزیکی است آموزش داده می شود.

انواع ابزار‌های موجود برای ایجاد هندسه دوبعدی و سه بعدی و همچنین انواع شبکه باسازمان و بدون سازمان شامل شبکه مثلی، چهارضلعی در دوبعد و چهاروجهی و شش وجهی در سه بعد پوشش داده می شود.

در ادامه مباحث نحوه انجام تنظیمات مربوط برای انجام شبیه‌سازی بر روی انواع پدیده‌های فیزیکی شامل جریان سیالات، تحلیل سازه‌ای ، تحلیل FSI، تحلیل جریان در میدان‌های چرخشی، ردیابی ذره، تحلیل خستگی، بهینه سازی، جریان واکنش دهنده و … پوشش داده می شود.

در بخش دیگر از این آموزش نیز به چگونگی استخراج داده در مرحله پس پردازش شامل انواع نمودار‌ها، بیشینه و کمینه پارامترها، کانتورها و .. پرداخته می شود.

به صورت کلی نرم افزار کامسول را می توان یک بسته بسیار کامل و مادر برای انجام هر نوع شبیه‌سازی فیزیکی دانست. با تکیه بر توانایهای فنی در انجام انواع شبیه سازی پدیده‌های فیزیکی و همچنین محیط کاری ساده و کاربر پسند به یکی از اصلی ترین گزینه‌های مورد استفاده در بین مهندسین تبدیل شده است و هدف از آموزش کامسول (Comsol) فراگیری نحوه شروع به کار با این نرم‌افزار و استفاده از توانایی های آن است.